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无线传感网络下的智能灌溉体系设计和
蒋新启,韩天峰
（山东省农业机械科学研究院,山东济南 250100）
摘 要：为处理当前国内农业水资源利用效率不高,农业灌溉事倍功半的状态,首先给出无线传感网络下的智能灌溉体系架构设计,分析了整体架构,控制策略和功能分析,进而给出智能灌溉无线传感网络组网方案设计,包含ZigBee设计,GPRS协调装置的节点和联网数据监测传输设计,最后给出无线传感网络下的智能灌溉体系核心监控服务装置设计,包括核心监控服务装置优势,整体功能和各部分功能设计.
关键词：无线传感网络；组网；ZigBee；GPRS；智能灌溉
1 前言
当前国内农业由于水利资源的利用效率较低,并且耕地监管的效率较低,对农业发展产生很严重的影响.在灌溉浇水的时期,农户往往根据自身的感受和已有的经验处理,往往出现水资源浪费的状况,使农作物的生长条件不佳,对农业的产量和质量有较大的影响.
进来,网络技术在农业区域的应用逐步频繁,并且形成短距离ZigBee技术,蓝牙技术,蜂窝技术和移动卫星通信等无线通讯策略,结合互联网络构成数据的多方传送.
在农业灌溉中的信息传送可靠,并对灌水数量的把控精准是现代农业的目标.ZigBee技术的低开销,低能耗的特征,并可运用在监控点稠密并且很难布局的场所；GPRS技术具有不被通讯网络所制约,通讯数据可靠的特征.本文结合两种技术的特点,能够完成GPRS和ZigBee的无线组网策略下的智能灌溉体系设计.
2 无线传感网络下的智能灌溉体系架构设计
2.1 智能灌溉体系整体架构设计
无线传感网络下的智能灌溉体系架构主要包含无线传感装置网络,核心监控服务装置以及终端监控装置三个部分.无线传感网络根据对终端节点数据的处理,将处理之后的数据经过ZigBee协议传送到协调装置的节点部分,并把信息结合后打包传送到监控核心实现信息的采集,操作和传送.
2.2 智能灌溉体系控制策略
核心监控服务装置对获取的信息综合气象数据完成分析,结合专家决策体系数据根据相关方法,如模糊控制方法获得决策数据,把控电磁阀装置的开断.监管者则将电脑用作客户服务端实现使用者监管,数据查询以及灌溉控制,分析耕地的土壤状态,灌水量和水费的剩余数据.
2.3 无线传感网络下的智能灌溉功能分析
2.3.1 精准化灌溉.无线传感网络下的智能灌溉体系具有以下主要性能,首先能够实现准确的灌溉处理,将数据传送到服务器端部,通过解析保存在数据库中,再通过专家体系结合模糊控制方法对农作物的各个周期需求获取最优灌溉时段以及灌水量,保证农作物的生长环境最优,并收获品质优良的农产品.
2.3.2 远端控制.无线传感网络下的智能灌溉体系管理人员能够通过网络和WEB核心登入监控核心完成数据监管.
2.4 本章总结
本章主要研究了无线传感网络下的智能灌溉体系架构设计,分析了智能灌溉体系整体架构设计,智能灌溉体系控制策略,无线传感网络下的智能灌溉功能分析,精准化灌溉以及远端控制策略.
3 智能灌溉无线传感网络组网方案设计
3.1 智能灌溉无线传感网络基础单元ZigBee设计
3.1.1 ZigBee短距离通讯方式.无线传感网络包含协调化节点与终端节点,根据ZigBee策略的协调装置完成农田短距离通讯方式,获取数据并且进行传输.ZigBee节点是整个无线传感网络的基础单元,包含信息获取和处理,射频天线以及电源部分.
3.1.2 智能灌溉数据收发模块分析.智能灌溉数据收发模块即依据系统标准设计数据获取部分,包含温度湿度传感装置,降雨量传感装置等.选取翻斗模式雨量传感装置能够获取降水量,降水强度和降水的起始时间节点,把脉冲数据传送到采集体系中.数据处理部分则选取CC2系列芯片,能够达到ZigBee为基准的低开消和低能耗标准,此外,在单个芯片上集成了ZigBee前端部分,内存部分与微控装置.
3.2 GPRS协调装置的节点设计
ZigBee面对的是短距离通讯而GPRS实现的是长距离通讯.整个GPRS协调装置选取GTM系列无线装置完成无线传送,数据获取和处理的功能,并且和RG或G频段对接,内部设置TCP/IP协定,采用AT命令集合,采用UART接口和外界CPU完成串口通讯.其中,GMT部分和信息处理部分采用RS232完成衔接,实现GPRS网络的链接,信息的获取和传输.
3.3 GPRS技术下的联网数据监测传输
传送在GPRS模块上的信息通过内部嵌入的装置完成操作和协议封装,进而传送到GPRS网络之上.而GPRS网络和互联网络之间采用IP协议完成链接.因而,仅需要灌溉监测体系中采用任意模式接入网络即能够经过GPRS获得监测信息,进而将信息存储在监控服务装置的数据集合中.
3.4 本章总结
本章主要给出智能灌溉无线传感网络组网方案设计,分析了智能灌溉无线传感网络基础单元ZigBee设计,ZigBee短距离通讯方式,智能灌溉数据收发模块分析,GPRS协调装置的节点设计以及GPRS技术下的联网数据监测传输.
4 无线传感网络下的智能灌溉体系核心监控服务装置设计
4.1 智能灌溉体系核心监控服务装置优势
智能灌溉体系核心监控服务装置作为整个体系中的监管和测控核心是信息处理的重要部分,能够给监管者提供足够的数据和便捷的搜索方式,便利监管者的需求.服务装置的监控程序则通过Ja语言完成,达到信息的随时展现.此外,通过SQL Server 2010数据集合保存智能灌溉当场获取的数据以及水费监管数据,可增大数据的保存效率,并且便于信息的搜索.
4.2 智能灌溉体系核心监控服务装置整体功能
搭建良好的人机互动体系,能够实现监控核心和底层传感装置,阀门控制装置的通讯,数据传送和监控.采用G的S短数据业务能够给使用者实时地传送灌溉数据,并且使用者能够给监控核心发送强制化灌溉的命令以及土壤状态信息,达到远程控制的目标.
4.3 智能灌溉体系核心监控服务装置各部分功能设计
整个智能灌溉核心监控服务装置的架构模型设置为四个层级,监控核心下层为收费体系,控制体系,查询体系,智能施肥,参量设定和装备监管几个部分.控制体系又下分为农田监管和控制模式选择,智能施肥则划分为EC值获取,pH值获取和决策数据,参量设定则包含植物种类设定,生存阈值设定以及传感器矫正能力设定.控制模式选择则又划分为智能控制,手动控制以及移动控制三个部分.
4.4 智能灌溉体系控制策略设计
本文采用模糊控制策略完成双给入和单给出的两层水灌溉控制体系,控制参量的给入包含设定结果和实际结果对比,并且给出七组语言参量,进而通过三角形的隶属解析式通过模糊推理条件语言分析农作物不同生存阶段所需要的控制表,搜索控制表即能够得到输出参量的量化级别.
4.5 本章总结
本章首先给出无线传感网络下的智能灌溉体系核心监控服务装置设计,分析了智能灌溉体系核心监控服务装置优势,整体功能,各部分功能设计,并给出智能灌溉体系控制策略设计.
5 结论
本文采用无线传感网络下完成智能灌溉体系设计,结合互联网络使用者能够访问核心监控服务装置或者移动终端随时监控农田数据和水费情况.
本文首先研究了无线传感网络下的智能灌溉体系架构设计,分析了智能灌溉体系整体架构设计,智能灌溉体系控制策略,无线传感网络下的智能灌溉功能分析,精准化灌溉以及远端控制策略.进而主要给出智能灌溉无线传感网络组网方案设计,分析了智能灌溉无线传感网络基础单元ZigBee设计,ZigBee短距离通讯方式,智能灌溉数据收发模块分析,GPRS协调装置的节点设计以及GPRS技术下的联网数据监测传输.最后给出无线传感网络下的智能灌溉体系核心监控服务装置设计,分析了智能灌溉体系核心监控服务装置优势,整体功能,各部分功能设计,并给出智能灌溉体系控制策略设计.
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